无人机低空摄影测图精度的研究

论文总字数：17813字

目 录

摘要 4

Abstract 5

1引言 6

1.1研究背景 6

1.2研究意义 6

1.3本文研究内容及方案 6

1.4本文组织结构 6

2无人机低空摄影测量技术基本概况 7

2.1无人机技术进展 7

2.2无人机低空摄影测量技术 8

2.3无人机低空摄影测量技术优点 8

2.3.1高时效性、高机动能力 8

2.3.2高分辨率影像数据获取 8

2.3.3低成本低风险 9

2.4无人机低空摄影测量系统构成 9

2.5无人机低空摄影成图的关键技术 10

2.6无人机低空摄影测量内业影像数据基本处理流程 10

2.6.1无人机影像预处理 10

2.6.2解析空中三角测量 11

2.6.3数字产品的生产 12

3无人机低空摄影测量成图精度对比 12

3.1研究区域 12

3.2数据获取以及内业处理 12

3.2.1数据获取 12

3.2.2数据处理 14

3.3 DLG成果 14

3.4测图精度对比 15

3.5小结 18

4结论及展望 18

4.1结论 18

4.2展望 19

参考文献 19

致谢 21

无人机低空摄影测图精度的研究

刘宇航

，China

Abstract:In recent years, with the development of the society, the progress of science and technology, unmanned aerial vehicle (UAV) with its high efficiency, high maneuverability, and the advantages of low cost, low risk, making UAV photography measurement of low latitude technology has been widely used in many fields.This article mainly in photography measurement of low latitude system as the research object, through to the actual image data acquisition of unmanned aerial vehicle (UAV), based on unmanned aerial vehicle (UAV) image processing software in a series of image processing, and introduced the unmanned aerial vehicle (uav) data processing and data generated after the processing results of DLG accuracy of analysis, provide a reference for relevant personnel in the field of surveying and mapping.

Key words:unmanned aerial vehicles（UAV）;photography measurement of low latitude;Digital Line Graphic;Precision analysis

1 引言

1.1 研究背景

目前，在信息化时代发展背景下，我国在各个领域的数字化建设进程随之加快，不论从城乡规划建设，还是国情监测以及地质灾害应急抢险等各个领域，对遥感影像数据获取的精度要求、实时性和时效性都越来越高。传统的测绘方法因效率低，周期长，工作任务量大，并且需要借助常规的测量仪器才能开展测量工作，例如全站仪、GPS、水准仪等仪器，而且对一些环境复杂困难的地区，无法提供实时所需的地理信息，已经难以满足目前数字化建设的需求。自卫星遥感技术发展以来，其搭载的多光谱传感器获取的地面影像为人类提供了大量的遥感资料，但是卫星遥感技术因观测周期长，获取的地面遥感影像分辨率低，而且还受气象、地形地貌等因素的影响，导致卫星遥感技术不能及时提供可靠的地理信息。另一方面，又由于传统航空摄影测量强大的依赖性，特别是对天气条件、空域限制、起飞和降落的机场选择等，成本显得相对较高，并且航摄周期比较长，对于一些紧急的任务要求难以胜任，限制了数字摄影测量技术在地形图测绘中的应用。

1.2 研究意义

近年来，随着无人机技术的快速发展，以无人机为平台，搭载遥感传感器进行影像数据获取的航空摄影技术也得到了快速的发展，无人机低空摄影测量技术凭借高时效性、高分辨率、高度集成、低成本,低风险、可云下作业，能够快速响应等特有的优势，让其在大比例尺地形图的制作、国情监测、自然灾害监测、军事等众多领域的应用越来越广泛，在摄影测量技术的发展过程中逐渐代替传统的航空摄影测量。作为近年来一种新的获取地理信息的测绘手段，通过对其地理信息成果的精度分析研究，对无人机低空摄影测量技术在各个领域的发展具有重要意义。

1.3 本文研究内容及方案

目前，无人机低空摄影测量技术已经广泛应用于广大领域，但是生产的地理信息产品DLG的质量精度还缺乏实践验证。本文就大疆精灵 PHANTOM 4 PRO无人机获取的研究区域影像为研究对象，结合无人机低空摄影测量技术的特点，内业影像处理的关键技术，生成测区的DLG，并分析讨论了研究区域DLG的平面精度以及高程精度。为了提高测区的高程精度，本文还建立了二次多项式拟合模型，结合最小二乘原理对测区地形图的高程精度进行改善。

根据研究内容，本文的研究方案为两个部分组成。第一部分为外业数据采集，包括作业区域的影像数据获取和外业控制点的测量采集。根据作业区域的情况设计相应的航带条数，利用无人机完成作业区域的影像数据自动摄取。控制点的数据通过GPS获取，精度较高。第二部分为影像数据的内业处理，由影像预处理、空三加密、数字产品生产、产品精度分析等构成。本文就研究方案，完成内业外业的相关工作，并对生产的DLG进行精度分析讨论。

1.4 本文组织结构

根据论文的研究方向和内容，本文的组织结构安排如下：

第1章：引言。主要介绍本篇论文的研究背景和研究意义，以及本文的研究内容、研究方案和论文的结构组织。

第2章：无人机低空摄影测量系统概况。本章主要介绍无人机以及无人机低空摄影测量技术的优点以及无人机低空摄影测量系统的构成和低空摄影测量成图的关键技术。

第3章：无人机低空摄影测量成图精度对比。这一章主要介绍无人机低空摄影测量内业成图流程以及对生产的数字产品DLG进行精度分析讨论。

第4章：结论及展望，对全文的工作内容以及研究成果进行总结，并指出需要进一步研究的方向。

2无人机低空摄影测量系统基本概况

2.1 无人机技术进展

无人机( Unmanned Aerial Vehicle，UAV)是无人驾驶飞机的简称，既由无线电遥控设备或者自身程序控制操纵，实现飞机的无人驾驶，包括有飞艇、直升机、固定翼、多旋翼等多个机种。其具有独立自主的控制系统，而且可根据执行的任务性质，搭载不同类型的机载传感器，实现多种复杂地形难以完成的任务。无人机凭借其使用机动性强、时效性高、存活率高、造价成本低、工作环境要求低、隐蔽性良好等优势特点，使得其在民用方面有广泛的用途，包括城市规划建设、农业监测、资源环境保护、土地利用、地质灾害应急救援、地形测绘、气象监测及电视电影的拍摄。同样在军事方面，包括敌情侦察、精确火力打击、通信电子对抗、预警探测及毁伤评估等军事领域也发挥着非常重要的作用^[1-3]。在信息化时代发展的背景下，不管是在军事领域还是民用领域，无人机技术的发展前景都十分的广阔，在促进我国的数字化进程中扮演着重要的角色。

本次进行外业影像数据采集所使用的无人机机型为四旋翼的大疆精灵 PHANTOM 4 PRO，相关技术参数如表1，无人机基本形状如图1。

表1 PHANTOM 4 PRO相关参数

图1 PHANTOM 4 PRO无人机

2.2无人机低空摄影测量技术

无人机是利用无线电遥控和自动程序控制的无人驾驶飞机或飞行器，具有机动、灵活、快速、经济等特点。无人机低空摄影测量技术是近年来基于无人机作为航空摄影平台发展起来的一种新的测量手段，主要以无人机为平台，搭载不同类型的遥感传感器，例如高分辨率数码相机、专业量测相机、多光谱成像仪、磁测仪、红外和激光扫描仪、合成孔径雷达等，然后能够快速高效地获取地面高质量、高分辨率的影像数据，后期通过相应的无人机影像处理软件，对无人机影像数据进行处理，并按照所需的要求制作相应的地理信息产品，例如一系列的基础测绘4D产品，包括数字高程模型（DEM）、数字线划图（DLG）、数字表面模型（DSM）、数字正射影像（DOM）等。总之，无人机低空摄影测量技术是集成了低空拍摄、无线电遥控、遥感和航空摄影测量等众多技术尔衍生出的的一种新型测绘技术。在摄影测量领域中这一大优势是传统航空摄影测量无法比拟的，生活中越来越受到大量研究者和生产者的青睐，同时也在一定程度上使得遥感技术的应用得到进一步发展，具有十分广阔的应用前景。相比于传统的航空摄影测量，无人机低空摄影测量技术的优势得到了很全面的体现，已逐渐成为未来航空摄影测量的重要手段和卫星遥感技术的重要补充，对促进测绘行业的进步乃至国民建设进程中占有重要地位。

2.3 无人机低空摄影测量技术优点

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